- •Оглавление
- •Классификация мэт
- •Проводниковые материалы
- •Физическая природа электропроводности металлов
- •Зависимость электропроводности металлов от температуры и примеры
- •Электрические свойства металлических сплавов
- •Сопротивление проводников на высоких частотах
- •Сопротивление тонких металлических плёнок. Размерный эффект
- •Контактные явления в металлах
- •Материалы высокой проводимости. Медь
- •Алюминий
- •Сверхпроводящие металлы и сплавы
- •Специальные сплавы
- •Сплавы для термопар
- •Сплавы для корпусов приборов
- •Тугоплавкие металлы
- •Благородные металлы
- •Неметаллические проводящие материалы
- •Полупроводники. Классификация полупроводниковых материалов
- •Собственные и примесные полупроводники
- •Температурная зависимость концентрации носителей заряда.
- •Подвижность носителей заряда в полупроводниках
- •Электрофизические явления в полупроводниках.
- •Кремний
- •Физико-химические и электрические свойства Si
- •Марки кремния.
- •Германий
- •Физико-химические и электрические свойства германия
- •Карбид кремния (SiC)
- •Полупроводниковые соединения аiii вv
- •Твердые растворы на основе аiii вv
- •Полупроводниковые соединения aiibvi и трз на их основе
- •Полупроводниковые соединения aivbvi и трз на их основе
- •Диэлектрики, классификация, основные свойства
- •Электропроводность диэлектриков
- •Потери в диэлектриках
- •Пробой диэлектриков
- •Полимеры в электронной технике
- •Композиционные пластмассы и пластики
- •Электроизоляционные компаунды
- •Неорганические стекла
- •Ситаллы
- •Керамики
- •Активные диэлектрики
- •Сегнетоэлектрики
- •Пьезоэлектрики
- •Пироэлектрики
- •Электреты
- •Жидкие кристаллы
- •Материалы для твердотельных лазеров
- •Магнитные материалы. Их классификация
- •Магнитомягкие материалы
- •Магнитотвердые материалы
- •Технология получения материалов электронной техники Методы получения тонких пленок
- •Вакуумные методы. Термическое вакуумное напыление.
- •Кинетика процесса конденсации. Роль подложки
- •Создание вакуума в вакуумных установках
- •Измерение вакуума
- •Вакуумные установки термического напыления
- •Катодное вакуумное распыление (диодное)
- •Ионно - плазменное распыление
- •Эпитаксиальные процессы в технологии материалов электронной техники
- •Механизм процесса эпитаксии
- •Автоэпитаксия кремния
- •Гетероэпитаксия кремния
- •Эпитаксия полупроводниковых соединений аiiibv и трз на их основе
- •Температурно - временной режим эпитаксии
- •Эпитаксия SiC
- •Оборудование для наращивания эпитаксиальных слоев
- •Элионные технологии
- •Ионно-лучевые установки
- •Механическая обработка полупроводниковых материалов
- •Шлифование и полирование пластин
- •Химическая обработка поверхности полупроводника
- •Методы отчистки поверхности
- •Фотолитография (операции, материалы)
- •Нанотехнология, определения и понятия
- •Инструменты для измерения наноструктур
- •Наноструктуры и наноустройства
- •Методы нанотехнологий
Зависимость электропроводности металлов от температуры и примеры
В чистых металлах единственной причиной ограничивающей (длину свободного пробега электронов) является тепловые колебания атомов в узлах кристаллической решетки. С ростом температуры растёт амплитуда тепловых колебаний атомов. Это усиливает рассеяние электронов и повышает электрическое сопротивление металла .
,
где - коэффициент упругой связи, которая стремится вернуть атом в положение равновесия. При низких температурах это соотношение не выполняется, т.к. понижается ещё и частота колебаний атомов.
На температурной зависимости сопротивления металлов можно выделить несколько участков:
I – в пределах нескольких градусов К в зависимости от вида металла
1 – до 0 для металлов с совершенной структурой,
2 – несовершенная структура металла,
3 – сверхпроводники.
II – температурный интервал действия закона Блоха – Грюнайзена , граничной температурой при которой называют температурой Дебая. Для большинства металлов =400÷450К.
III – линейная зависимость от Т (практически до ), исключение - ферромагнетики
IV – отступление от линейности у ряда металлов
V – для температуры плавления повышается в 1,5 – 2 раза у большинства металлов. Для Bi, Ga наоборот из-за их сложной кристаллической структуры.
Основное влияние на оказывает упорядоченность структуры.
Относительное изменение при изменении Т на 1°К называют температурным коэффициентом удельного сопротивления ( ).
Для большинства металлов при комнатной температуре = 0,004 К-1.
Согласно правила Матиссена об аддитивности
,
где - вклад за счет рассеяния электронов на тепловых колебаниях решетки, - остаточное сопротивление.
определяет вклад за счет рассеяния электронов на статистических дефектах структуры. Основной вклад в вносят примеси. Любая примесь , даже если она более проводящая, чем основной металл. Так примесь серебра в меди повышает ее сопротивление.
Для одновалентных металлов известно правило Линде, согласно которому , где, а, в – const, зависящие от природы металла и положения примесного металла в Периодической системе Менделеева, - разность валентностей основного и примесного атомов.
Для Cu при содержании 1 атм % примеси теллура сопротивление может возрасти в 10 раз.
Пластические деформации на несколько %. Термическая закалка также , т.к. при такой обработке искажается кристаллическая решётка. Рекристаллизация (отжиг) до исходного уровня.
Электрические свойства металлических сплавов
В электронной технике широко применяются металлические сплавы, имеющие структуру как упорядоченных, так и неупорядоченных твердых растворов. При образовании твердых растворов замещения изменяется период кристаллической решетки.
В твердых растворах может в несколько раз превышать тепловую составляющую сопротивления.
Для многих двухкомпонентных сплавов известен закон Нордгейма (не для переходных металлов),
,
где С – const, зависящая от природы сплава,
Х – атомные доли металлов.
Для сплава Cu-Au зависимость сопротивления от состава имеет вид симметричной параболы после закалки. После отжига зависимость более сложная, т.к. образуется ряд упорядоченных структур - и др.
Упорядочение имеет место при Т<Т Курнакова. Для латуни (50% Cu, 50% Zn) эта температура 360 К.
Для сплавов, образованных переходными металлами (Cu – Ni) из-за перехода d-электронов на внутренние незаполненные d-оболочки парабола не симметрична, максимум не соответствует 50% составу.
В случае, если компоненты бинарной системы не обладают взаимной растворимостью, то образующаяся смесь двух фаз имеет, как правило, сопротивление линейно соответствующее содержанию металла, имеющего наибольшее значение сопротивления.